Анализ результатов натурных измерений параметров воздушных и сейсмических волн при проведении буровзрывных работ на угольных разрезах «Нуибео» во Вьетнаме Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© Чан Куанг Хису, В.А. Бслин, 2013

УДК 622.026.5

Чан Куанг Хиеу, В.А. Бенин

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЬХ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНЬХ И СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН ПРИ ПРОВЕДЕНИИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ «НУИБЕО» ВО ВЬЕТНАМЕ

Рассмотрены инженерно-геологические и горнотехнические условия действующих и проектируемых угольных карьеров Вьетнама; совершенствование методов управления энергией взрыва, позволяющих без увеличения энергозатрат достигать требуемой степени дробления пород с одновременным снижением влияния УВВ и сейсмических волн на окружающую среду, обеспечивающего уменьшение опасной зоны взрыва. Рассматриваемые вопросы являются весьма актуальной научно- практической задачей в условиях Вьетнама.

Ключевые слова: ударные воздушные волны (УВВ), сейсмические волны, открытая разработка месторождений, угольный разрез, буровзрывные работы БВР, Вьетнам.

Разрез «Нуибео» расположен на севере КуангНинх во Вьетнаме. Глубина разреза достигает более 130 м, а откосы уступов представляют собой крутые склоны с углом наклона до 70-75° в средней и нижней частях и с углом наклона 50-60° в верхней части. Высота бортов карьера в предельном положении достигает 10-20 м. Вертикально карьер пересекает разлом разрушенных пород с глинистыми прослойками шириной 20-30 м. В основании карьера в нижней части находится мягкая глинистая порода-окисленная руда. Борта карьера слагают в основном скальные породы: кварц-слюдисто-карбонатные метасоматиты (первичная руда) с коэффициентом крепости / = 9^13 по шкале проф. М.М. Протодьяконова; углеродистые металевролиты / = 9; углеродистые кварц-мусковитые сланцы / = 7^8 и т.д. Породы имеют различные виды трещиноватости и направление простирания трещин с углами наклона

как внутрь карьера, так и наружу.

Горно-геологическая структура карьера предполагает необходимость достижения минимизации сейсмического воздействия массовых взрывов на откосы уступа, так как это является основным фактором достижения большей глубины разработки.

Вблизи места производства взрывных работ на северо-западном участке разреза «Нуибео» на расстояниях 100 500 м от жилых домов и других объектов. В августе 2006 г. на северо-западном участке борта разреза «Нуибео» были обнаружены деформации, трещинообра-зование и разрушение горных пород. Вследствие этих и других сопутствующих сложных физико-механических процессов из-за неустойчивого состояния нижней части откоса в 2006 году произошел оползень горного массива в сторону днища карьера, что привело к временной остановке добычи угля на этом участке разреза.

В связи с этим в данной работе проводятся экспериментально-расчетные исследования по определению безопасных параметров сейсмических волн и УВВ на элементах зданий, жилых домов и других объектов на пути распространения волн при производстве массовых взрывов и определение рациональных параметров БВР в летний и зимний периоды. Для реализации этой цели была произведена серия опытно-промышленных массовых взрывов в горном массиве вышеуказанного участка карьера «Нуибео» в сроки с 18.07.07 г. по 27.07.07 г. (летний) и 12.12.07 г. по 29.12.07 г. (зимний) [1, 2] в период авторского надзора. В этих натурных экспериментах были измерены величины скорости смешения и ускорения пород и фундаментов ряда сооружений, на различных расстояниях от точки взрыва, в основном, в 100-500 метровой зоне воздействия взрывов.

Запись сейсмических колебаний проводилась на флеш-карту с после-дуюшей перезаписью в память ноутбука и распечаткой сейсмограмм на принтере. Регистрировалась скорость сейсмических колебаний по трем взаимно-перпендикулярным осям. Всего записаны сейсмограммы от 57 взрывов [1, 2]. Измерения проводились с использованием отечественного регистратора сейсмических сигналов «В1аэта1е III», применяемый для измерений сейсмический регистратор изображен на рис. 1.

Взорванные блоки были забурены скважинами диаметром 250 мм. Применялась прямоугольная и квадратная сетки скважин от 8,5x7,5 м до 9,0 х 8,5 м с глубиной скважин от 10 м до 18 м (рис. 2).

Конструкция зарядов ВВ, в основном, сплошная с коэффициентом заполнения скважины взрывчатым

РЙХ'

Рис. 1. Сейсмический регистратор «ВХаэтаЬе III»

вешеством от 0,5 до 0,7. Использовались гранулированные ВВ, АЫРО, ГРАММОНИТ 79/21.

Внутрискважинная сеть монтировалась с использованием изделий скважинных неэлектрических систем инициирования, поверхностная с использованием изделий поверхностных неэлектрических систем инициирования (17, 25, 42 мс).

Анализ сейсмологической информации и УВВ, обработка записей взрывов проводилась с помошью специализированной программы «В1аэ1шаге 10». Программа обработки позволяет работать с файлами, созданными программой регистрации и сбора сейсмических данных. Определение вибросмешений или виброскоростей проводилось численными методами с использованием операции интегрирования (рис. 3).

В процессе подготовки к взрывам согласно [3, 4] необходимо было выбрать величины зарядов ВВ, число групп, время замедления, схемы взрывания и места замеров параметров сейсмической и УВВ. Эти параметры взрыва совместно с измеряе-

Рис. 2. Схема взрывной сети первого взрыва 18.07.2007 г. - в разрезе «Нуибео»

мыми на местах исследуемых объектов параметрами волн позволяют построить эмпирические кривые для определения допустимых весов заряда в зависимости от безопасных расстояний, обеспечивающих нормальную эксплуатацию комплекса жилых домов и других объектов.

Для оценки безопасных расстояний при воздействии сейсмовзрывных волн, генерируемых при производстве взрывных работ, необходимо знать зависимость массовой скорости породы V в районе расположения указанного объекта от приведенного расстояния Н = Я(Н - расстояние от места взрыва до места измерения в м; Р - мощность зарядов ВВ в кг).

Зависимость массовой скорости породы от К может быть получена на основе результатов натурных измерений параметров сейсмовзрывных волн при проведении массовых взрывов. Полученная таким путем экспериментальная зависимость дает воз-

можность определить предельно допустимые мощности зарядов ВВ в зависимости от различных расстояний, обеспечивающих нормальную эксплуатацию жилого массива.

Результаты натуральных измерений параметров сейсмических волн, при проведении БВР на угольных разрезах «Нуибео» в летнее и зимнее время 2007 г. [1, 2] представлены в виде

кривой в координатах V = V(Н) на рис. 4.

Изучение поведения кривой

V = V (Н) (рис. 4) показывает, что она достаточно хорошо аппроксимируется зависимостями:

—-1,467

V = 1679,4Н ,

при 10 < Я < 90 , 10 < V < 30 (мм/с)

- летний (1)

--1,465

V = 1483,6Я ,

при 10 < Я < 90 , 10 < V < 25 (мм/с)

- зимний (2)

Ж- Instanter

Event Report

Date/Time Vert at 14:12:5S September 16. 2006

Trigger Source Geo: 1.00 mm/s

Range G0O :254 fTWtVS

Record Time S.O sec at 1024 sps

■Job Number 1

HA LONG - QUAWG NINH CONG TY THAN NUI BE О ВМ К HAI ТНАС LO THSEN КЕТ QUA DO THU NGHIEM

Calibration

File Name Scaled Di

D.40S кэ'глЗ: f = 10-12. L = 370 m. то cung huong do; Chua phan nhom.

Linear Weighting PSPL 0.750 pa.<L} at 0.431 sec

ZCFreq 18 Hz

Channel Test Check (Freq = O.O Hz Amp = О rnv)

Tran Vert Lang

9,91 7.11 177

16 17 9,8

Q.453 0.355 0.493

0.0928 О.ОЭ28 0_133

0.0934 0.0653 0.274

Passed Passed Passed

PPV

ZC Frecf

Time (Rel. to Trig) Peak Acceleration Peak Displacement

BC7496 V 3.01-8.0 MiniMate Plus 6 1 Volts

D^c^mber 1 5, 2000 by Instants lt>c.

M96BSUK.TM0

6.5 (370.0 m, 32ЭО .О kg)

USBM RIS5Q7 And OSMRE

Overswing Ratio

Peak Vector Sum 18. t mnVs at 0 635 s

р1- —.—I—1—I—1—-—,—1—I—1—I—I—,—I—1—I—1—,—I—1—I—1—I—I—1—

Y- а л л Мл- 1 - 1 Л-

1/ ■

1 ^

s г V \r ~- - ■ - ■ fc •-»-1-»-1---'-1-1-1->->-•-'-1-»-1-•-'-!-»-1-»-»-Н- 0 1.0 2.0 З.О 4.0 S.O 1У

le: Geo: 5.00 mrrVs/dtv Mic: Ю.ОО pa_(L)/div

Sensorcheck

it Copyright«!

n crfVortChip Corporation

Рис. 3. Сейсмограмма взрыва с помощью специализированной программы «Blastware 10» (Vx- Tran; Vy- Vert; Vz- Long)

Таким образом, задаваясь допустимым значением V = Упор пороговой скорости смешения породы из формулы (1, 2) можно определить соответствующие допустимые значения мощности зарядов Ргр в зависимости от расстояния К. Тогда из (1, 2) при значениях V = ^ор получим:

( т, К 1,467 Л2,°44 д = -

гр 1679,4

V ' у

при 10 < V < 30 (мм/с) - летний (3)

(

Q =

^гр

VnopR

1,465 Л

1483,6

при 10 < V < 25 (мм/с) - зимний (4) где Ргл - в килограммах, И - в метрах Для случаев ^ор= 15 + 25 мм/с в табл. 1, проведем расчеты допустимой мощности зарядов Ргр в зависимости от расстояния И до охраняемого объекта в летнее и зимнее время.

Результаты расчетов по формулам (3) и (4) приводятся в табл. 1.

Результаты натуральных измерений

Рис. 4. Экспериментальные кривые горизонтальной Ух, вертикальной V, н обшей скорости V горного массива в зависимости от приведенного расстояния К при взрывах на угольных разрезах «Нуибео» (а — летний; б — зимний)

Таблица 1

Максимальные величины зарядов на ступень замедления в зависимости от расстояния до охраняемого объекта при Упор= 15, 20, 25 мм/с

Я (м) 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Упор= 25 мм/с

летний Ргр (кг) 183 619 1.467 2.865 4.951 7.863 11.737 16.711 22.923

зимний 234 788 1.869 3.650 6.308 10.016 14.952 21.289 29.203

Упор= 20 мм/с

летний Ргр (кг) 116 392 930 1.816 3.137 4.982 7.436 10.588 14.524

зимний 148 499 1.183 2.311 3.994 6.343 9.468 13.480 18.491

Упор= 15 мм/с

летний Ргр (кг) 65 218 516 1.008 1.742 2.766 4.129 5.879 8.065

зимний 82 277 657 1.282 2.216 3.519 5.253 7.479 10.259

избыточных давлений АР/ УВВ, при проведении БВР на угольных карьерах «Нуибео» в летнее и зимнее время 2007 г. представлены в виде кривой

в координатах (АР/, К) на рис. 5.

Анализ и обобщение результатов натуральных измерений параметров УВВ при массовых взрывах в разрезе «Нуибео» показывают, что графики изменения скорости смещения элементов зданий, сооружений и горной породы, а также избыточного давления на фронте УВВ в зависимости от

приведенного расстояния К имеют нелинейно-затухающий характер (рис. 5)

величины избыточного давления подчиняются закону:

АР/ = 0,014бК^118 кг/см2

при 15 м/кг1/3< К < 70 м/кг1/3

- летний (5)

АР/ = 0,011К~1ДЗ кг/см2

при 17 м/кг1/3< К < 80 м/кг1/3

- зимний (б)

- При этом формула (5, б) соответствует диапазону изменения избыточного давления 20< АР < 70 Па.

г 0.0005 -

* 0.0004 -

ь

<

0.0003 0,0002 0.000! -0.0000

у=0011х'ш аг- 0.84.11

10 20 30 10 50 60 70 50

Л, Н/К1|Л

б

Рис. 5. Величина избыточного давления в зависимости от приведенного расстояния (а — летний; б — зимний)

а

Тогда из (5, 6) при АР/ = АР{пор можно получить следующие зависимости величин мощности подрываемого заряда в зависимости от расстояния:

Qnop =

Qnop =

( АР,

/пор

X

0,0146

К - летний.

АР/пор 0,011

2,65

К3 - зимний.

(7)

(8)

Для случаев АР/ = АР/пор = 20-60 Па в табл. 2, проведем расчеты допустимой мощности зарядов QПop в зависимости от расстояния И до охраняемого объекта в летнее и зимнее время.

Сравнение величин допустимых мощностей взрывов, полученных на воздействия воздушных (табл. 2) и сейсмических волн (табл. 1) взрывов при выполнении критериальных условий Упор = 15 мм/с и АР/пор = =60 Па, показывает, что в данном случае величины сейсмобезопасных мощностей взрывов получаются минимальными и потому они являются определяющими при проектирова-

нии БВР массовых взрывов на карьерах.

На основании выполненного экспериментального исследования и сравнительного анализа результатов натурных измерений параметров УВВ и сейсмических волн при проведении БВР на угольных разрезах «Нуибео» во Вьетнаме были получены основные научные результаты и сделаны выводы:

• принятая пороговая скорость смещения является минимальной для зданий и сооружений исследуемого района и обеспечивает безопасность работы приборов и аппаратуры, находящихся в здании во время проведения массовых взрывов в 100^500 метровой зоне вблизи их расположения. Тогда для определения допустимой мощности зарядов, в зависимости от расстояний, рекомендуется использовать результаты табл. 1, которые с точки зрения сейсмоэф-фекта являются безопасными для эксплуатации вышеуказанных комплексов при проведении БВР на угольных разрезах «Нуибео».

Таблица 2

Пороговые значения допустимой мощности заряда 0„ор, кг, в зависимости от расстояния Ы, м при ДР(„ор= 20 ч 60 Па

Я, м 100 150 200 250 300 350 400 450 500

ДРьор= 60 Па

летний ^^ПОР' кг 299 1.009 2.392 4.673 8.075 12.822 19.140 27.252 37.383

зимний 443 1.495 3.543 6.920 11.957 18.987 28.343 40.355 55.357

АР,пог= 50 Па

летний ^^ПОР' кг 188 635 1.505 2.939 5.079 8.066 12.040 17.143 23.516

зимний 273 921 2.183 4.264 7.369 11.702 17.467 24.870 34.116

АР(лор= 40 Па

летний ^^ПОР' кг 107 360 853 1.667 2.880 4.574 6.827 9.721 13.335

зимний 151 509 1.207 2.358 4.075 6.471 9.659 13.753 18.866

АРЬор= 30 Па

летний ^^ПОР' кг 51 173 411 802 1.386 2.201 3.286 4.678 6.417

зимний 70 237 563 1.099 1.899 3.015 4.500 6.408 8.790

АРЬор= 20 Па

летний QnОР' кг 18 62 146 286 494 785 1.172 1.669 2.289

зимний 24 81 192 374 647 1.027 1.534 2.184 2.996

• в результате сравнительного анализа табл. 1 видно, что в летних климатических условиях предельно допустимая мощность взрыва уменьшается приблизительно в 1,3-2 раза.

• в результате сравнительного анализа табл. 2 видно, что в летних климатических условиях предельно

допустимая мощность взрыва уменьшается приблизительно в 1,45-2,2 раза.

Предлагаемые разработки и рекомендации по безопасным параметрам взрывов в дальнейшем были использованы и внедрены при взрывной отработке горного массива на угольных разрезах во Вьетнаме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Установление параметров массовых взрывов на угольных карьерах «Нуибео», обеспечивающих безопасную эксплуатацию комплекса зданий горнотранспортного предприятия при воздействии сейсмических и воздушных волн. Итоговый отчет по второму этапу работ договора от 26.12.2006г. № 22-ХД с рудником «Нуибео» комбината «Винакомин», Ханои -Вьетнам-2006.

2. Установление параметров массовых

взрывов на угольных карьерах «Нуибео», обеспечивающих безопасную эксплуатацию комплекса зданий горнотранспортного предприятия при воздействии сейсмических и воздушных волн, 2007.

3. Единые правила безопасности при взрывных работах. М., 2001 г. - 247 с.

4. Кузьменко A.A., Воробьев В.Д., Де-нисюк И.И., Дауэтас A.A. Сейсмическое действие взрыва в горных породах. М: Недра, 1990 г. пгтт

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Чан Куанг Хиеу - аспирант, ud@msmu.ru

Белин Владимир Арнольдович - доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru

- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ

(ПРЕПРИНТ)

ПРОБЛЕМА ГОЛЬДБАХА

Горбунов Валентин Алексеевич, доцент, кандидат технических наук.

Разбиение числовой оси на интервалы, границами которых являются члены праймориальных последовательностей системы (1.1) позволяет на этих интервалах натуральные числа разбить на два множества. Для интервала (0; p't) в первое множество (обозначаемое }) входят простые

числа, образующие праймориал p# и числа, кратные множителям праймориала. Во второе множество (обозначаемое ) входят числа взаимно простые с праймориалом p#. Сюда входят: единица, все простые числа pt интервала (pk; p#) и составные числа q , являющиеся всевозможными произведениями простых чисел pt и удовлетворяющими условию q е(0; p#) . Количество элементов множества определяется функцией Эйлера и равно ф( p't). Ключевые слова: проблема Гольдбаха, множества, праймориал.

COLDBACH CONJECTURE

Gorbunov V.A.

Splitting a number line into intervals the limits of which are members of primorial sequences of system (1.1) allows natural numbers within these intervals to be grouped into two sets. In the interval (0; p#) the first set (denoted by }) includes prime numbers of primorial p't and numbers divisible by

prime factors of the primorial. The second set (denoted by ) includes numbers that are coprime to the primorial p#: unit, al primes pt of the interval (pt; p#) and composite numbers q which are various products of the primes pt and fulfill the condition that q e(0;p#). Cardinality of the set is found uisng the Euler functions and equals ф(p#). Key words: Goldbach conjecture, sets, primorials.